Его путь в науке был очень трудным. Из-за отсутствия систематического образования и недостатка информации он порой открывал то, что уже было открыто, но он не расстраивался, а продолжал свои исследования. Например, в 1881 г. (ему 24 года) он самостоятельно разработал основы кинетической теории газов, послал работу в Петербургское физико-химическое общество, получил ответ от Д.И. Менделеева, который благожелательно оценил его исследования, но сообщил, что аналогичное открытие недавно было сделано в Германии. Такая же судьба была и у второй работы Циолковского «Механика животного организма», на нее благоприятный отзыв дал известный физиолог И.М. Сеченов. Циолковский, упорно работая в научном поле, посылал в важные инстанции и общества результаты своих научных работ, но там мало кто обращал внимание на писания провинциального учителя. Большинство его разработок были никем не замечены в царский период. Но за работу «Механика живых организмов» Циолковский был избран действительным членом Русского физико-химического общества, эту работу высоко оценили крупнейшие ученые того времени химик Д.И. Менделеев и физик А.Г. Столетов. Менделеев познакомил Циолковского со своим учеником Н.Е. Жуковским (стал со временем основоположником современной аэродинамики, организатором и первым руководителем с 1918 г. ЦАГИ, до этого в 1904 г. стал участником создания Аэродинамического института в Кучино, под Москвой). С 1890-х гг. Циолковский проявлял интерес к летательным аппаратам тяжелее воздуха, вел теоретические исследования, соорудил у себя дома в Калуге самодельную воздуходувную (аэродинамическую) трубу, тогда первую в России
, и провел в ней эксперименты по определению сопротивления тел различной формы. В 1900 г. он получил небольшое денежное пособие от Академии наук и создал аэродинамическую трубу большей мощности и с аэродинамическими весами. Но результаты его работ в очередной раз вовремя не заметили и не опубликовали. Многие закономерности, впервые установленные им, были обнаружены и опубликованы позже другими учеными (Эйфелем, Прандтлем и др.). Как бы ни была грустна судьба его научных исследований и открытий, Циолковский, несмотря ни на что, продолжал свои научные работы. Он долго был увлечен механикой управляемого полета, создал проект управляемого аэростата (дирижабля), первым предложил идею цельнометаллического дирижабля, построил его работающую модель. Он в очередной раз послал результаты своей работы в Русское техническое общество, где бездарные чиновники отвергли идеи и предложения провинциального отечественного ученого, поскольку считали, что работы в этом направлении были лучше у английского изобретателя Шварца, выступавшего с похожими предложениями. С огромным трудом Циолковскому удалось опубликовать описание своего проекта в журнале «Научное обозрение» и закрепить за собой приоритет на это изобретение.